(57)【要約】【課題】最近は、速い応答速度を有する強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置と、広視野角の特性を有する横電界型の液晶表示装置の長所だけを取り、広視野角及び輝度、応答速度が優れた液晶表示装置の開発に努力している。【解決手段】従って、本発明は、応答速度の優れた強誘電性液晶層を上部基板及び下部基板において、ツイストネマティック液晶層のダイナミック配向膜として利用した、視野角が優れて、一般的な横電界型の液晶表示装置の短所である開口率及び輝度低下のない面駆動方式の液晶表示装置を提供する。また、電圧印加による透過率の変化が緩慢に調節できる面駆動方式の液晶表示装置を提供することによって、ガンマ電圧の設定が好ましく、電圧印加による急激な透過率の変化により輝度変化の不良を防ぐ。【選択図】    図８
2006189770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素領域内に画素電極を含む第１基板と；
前記第１基板と向かい合って形成されて、共通電極を含む第２基板と；
前記画素電極上に形成された第１配向膜と；
前記共通電極上に形成された第２配向膜と；
前記第１配向膜上に形成されて、第１自発分極を有する第１強誘電性液晶層と；
前記第２配向膜上に形成されて、第２自発分極を有する第２強誘電性液晶層と；
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層間に介されたツイストネマティック液晶層とを含み、前記第１自発分極と第２自発分極は、回転速度は異なるが、方向は、同様であることを特徴とする面駆動液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の厚さは、１０００Åないし３０００Åの間であることを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層は、ネマティック相(ＳｍＣ＊)であることを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１配向膜及び第２配向膜は、ポリイミドＰＩを含むことを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層は、ＣＤＲモード系のハーフ Ｖ モード液晶で構成されることを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１基板に画素領域を定義するために、相互に交差するゲート配線及びデータ配線と；
前記ゲート配線及びデータ配線の交差時点に形成されるスイッチング素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２基板は、前記共通電極上にカラーフィルター層を含むことを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置。
【請求項８】
第１基板上に画素電極を形成する段階と；
第２基板上に共通電極を形成する段階と；
前記画素電極上に第１配向膜を形成する段階と；
前記共通電極上に第２配向膜を形成する段階と；
前記第１配向膜上に等方性相の第１強誘電性液晶を塗布することによって、第１強誘電性液晶層を形成する段階と；
前記第２配向膜上に等方性相の第２強誘電性液晶を塗布することによって、第２強誘電性液晶層を形成する段階と；
第１自発分極を発現させるために、前記第１強誘電性液晶層を第１雰囲気に露出させる段階と；
第２自発分極を発現させるために、前記第２強誘電性液晶層を第１雰囲気とは異なる第２雰囲気に露出させる段階と；
第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層が相互に向かい合うように、前記第１基板及び第２基板を合着させる段階と；
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層間に、ツイストネマティック液晶層を介する段階とを含む面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の厚さは、１０００Åないし３０００Åの間であることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１配向膜及び第２配向膜は、ポリイミドＰＩを含むことを特徴とする請求項１に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、前記第１配向膜より極性が低い第１気体を含むことを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、前記第２配向膜より極性が高い第２気体を含むことを特徴とする請求項１１に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１気体は、空気であって、前記第２気体は、極性基の、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＯ2または、−Ｏ2を含むことを特徴とする請求項１２に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、前記第１配向膜より極性が高い第２気体を含むことを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、前記第２配向膜より極性が低い第１気体を含むことを特徴とする請求項１４に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１気体は、空気であって、前記第２気体は、極性基の、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＯ2または、−Ｏ2を含むことを特徴とする請求項１５に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、＋電界であって、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、−電界であることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、−電界であって、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、＋電界であることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の塗布は、バーコーティング装置、スピンコーティング装置、スリットコーティング装置のうちの１つを利用して形成されることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の塗布は、粘性をさらに低めるために、揮発性のソルベントをさらに添加して、コーティングすることを特徴とする請求項１９に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１基板上に画素領域を定義するために、相互に交差するゲート配線及びデータ配線を形成する段階と；
前記ゲート配線及びデータ配線の交差時点にスイッチング素子を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第２基板の共通電極上に、前記画素領域に対応してカラーフィルター層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第１自発分極及び第２自発分極は、等方性相の第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層が、ネマティック相(ＳｍＣ＊)の第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層に転移する時に発現されることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層は、ＣＤＲ(continuous director rotation)モード系のハーフ Ｖ モード液晶で構成されることを特徴とする請求項８に記載の面駆動液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、より詳しくは、速い応答速度及び透過率を向上させる構造の面駆動液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報化社会へと時代が急発展することに応じて、大量の情報を処理してこれを表示するディスプレー分野が発展している。
特に、最近は、薄型化、軽量化、低消費電力化等の時代に応ずるため、平板表示装置の必要性が台頭したが、その中でも、色の再現性等が優れて、薄型の薄膜トランジスタ型の液晶表示装置が開発された。
【０００３】
このような液晶表示装置のディスプレー方法は、液晶分子の光学的異方性と分極性質を利用するが、これは、前記液晶分子の構造が細くて長く、その配列において方向性を有する先傾斜角を有するために、任意的に液晶に電圧を印加すると、液晶分子が有する線傾斜角を変化させて、このような液晶が有する光学的異方性により偏光された光を任意に変調することによって、望む画像情報を表現する。
【０００４】
現在には、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに連結された画素電極が行列方式に配列された能動型液晶表示装置が解像度及び画像具現能力が優れて最も注目を浴びている。
【０００５】
一般的な液晶表示装置を構成する基本的な素子である液晶パネルは、上部のカラーフィルター基板と下部のアレイ基板が、相互に向かい合って所定間隔をおいて離隔されており、両基板間に液晶分子を含む液晶が充填されている構造である。
【０００６】
この時、このような液晶に電圧を印加する電極は、カラーフィルター基板に位置する共通電極と、アレイ基板に位置する画素電極とになり、両電極に電圧が印加されると、印加される電圧の差により形成される上下の垂直的電場が、その間に位置する液晶分子の方向を制御する方式を使用する。
【０００７】
ところが、前述したような共通電極と画素電極が垂直的に形成されて、ここで発生する上下の垂直的電場により液晶を駆動する方式を使用する場合、透過率と開口率等の特性が優れた長所があるが、視野角の特性が優れてない短所があるので、このような短所を克服するために水平的電場を利用する横電界による液晶駆動方法が提案された。
【０００８】
以下、前述した横電界型の液晶表示装置を、図１を参照して詳しく説明する。
一般的な横電界型の液晶表示装置の液晶パネル１は、カラーフィルターを有するカラーフィルター基板９と薄膜トランジスタアレイ基板１０とが、相互に向かい合っており、このカラーフィルター基板９と薄膜トランジスタアレイ基板１０間には、液晶層１１が充填されている。
【０００９】
この時、薄膜トランジスタアレイ基板１０上には、共通電極１７及び画素電極３０が同一平面上に水平的に形成されており、ここに印加される電圧により水平的電場Ｌを形成して、このような水平的電場Ｌ間にある液晶分子等は、これに影響を受けて駆動する。
【００１０】
図２Ａと図２Ｂは、一般的な横電界型の液晶表示装置のオン/オフ状態の動作を各々示した断面図である。
【００１１】
電圧が印加されたオン状態での液晶の配列状態を示した図２Ａを参照すると、前記共通電極１７及び画素電極３０に対応する位置の液晶１１ａの相変移はないが、共通電極１７と画素電極３０間の区間に位置する液晶１１ｂは、この 共通電極１７及び画素電極３０間に電圧が印加されることによって形成される水平電界Ｌにより、前記水平電界Ｌと同様な方向に配列される。すなわち、前記横電界型の液晶表示装置は、液晶が水平電界により移動するので、視野角が広くなる特性がある。
【００１２】
従って、前記横電界型の液晶表示装置を正面から見た場合、上下左右方向に、約８０°ないし８５°でも反転なしに見ることができる。
【００１３】
図２ｂを参照すると、前記液晶表示装置に電圧が印加されてないオフ状態であるために、前記共通電極１７と画素電極３０間に水平電界が形成されないので、液晶層１１の配列状態は変わらない。
【００１４】
このような横電界型の液晶表示装置は、前述したように、液晶が水平的電場により駆動するので、横電界型の液晶表示装置によって表示された画面を使用者が正面から見た場合、上下左右方向に、各々約８０°ないし８５°方向まで見ることができる視野角の特性を有する。
【００１５】
ところが、前述した横電界型の液晶表示装置は、図３に示したように、その平面構造において、共通電極１７と画素電極３０がアレイ基板１０上に形成されており、特に、画素領域Ｐ内で前記共通電極１７及び画素電極３０が前記画素領域Ｐを遮るので開口率が低下されて、液晶表示装置を通過する光量を制限し輝度を落とす短所がある。
【００１６】
一方、前述した一般的な液晶表示装置(ＴＮモード液晶表示装置)と横電界型の液晶表示装置は、ツイストネマティック液晶を利用しており、このようなツイストネマティック液晶を利用した液晶表示装置は、前記ツイストネマティック液晶の特性上、３０ｍｓ以上の反応時間を有するために、速い動きを示す動映像を具現するに応じて、残像等の問題が発生して表示品質の低下の問題がある。
【００１７】
一方、応答速度の問題を改善するために、最近に応答の特性が優れた強誘電性液晶(ＦＬＣ)を利用したＦＬＣモード液晶表示装置が注目されている。
【００１８】
強誘電性液晶は、キラルスメクティック(chiral smectic)Ｃ液晶とも称するが、液晶分子等の反応時間が、数ｍ.ｓｅｃ以下に、大変速い特性を有する。一般的に、キラルネマティックＣ液晶の各々の層は、その層に対して、所定の角度で整列しょうとする分子等で構成される。このようなネマティックＣ液晶に電界を印加して、双極子モーメントを一方向に整列して、分子の配向も均一になり、電界の除去後にもそのまま維持される。
【００１９】
また、反対方向に電界を印加すると、他の方向に配向された状態で、高速で反転させることができる。これは、強誘電性液晶の分子配向が電界の極性により異なることを意味して、速い応答の特性を見せる。
【００２０】
図４は、一般的な強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置の一部断面を示した図である。
【００２１】
図示したように、下部基板であるアレイ基板５０上の第１配向膜５５の上部と、上部基板であるカラーフィルター基板７０の下部の第２配向膜７５間に、所定の厚さｄ１を有する強誘電性液晶８０が介されている。
【００２２】
このようなＦＬＣモード液晶表示装置４０は、前記強誘電性液晶８０の特性上、すなわち、印加された電界により表示装置としての役割が可能な程度にコントロールできるようにするためには、強誘電性液晶８０に充填される上部基板及び下部基板間のギャップｄ１、すなわち、セルギャップｄ１が２μｍ以下になるように、液晶パネル４０を形成しなければならない問題と、常温では、粘度が大変高くて、ほとんどゲル状に存在する強誘電性液晶８０を注入する問題等がある。
【００２３】
従って、最近には、このような速い応答速度を有する強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置と、広視野角の特性を有する横電界型の液晶表示装置の長所だけを取って、広視野角及び輝度、応答速度の優れた液晶表示装置を開発に努力している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明による液晶表示装置は、応答速度の優れた強誘電性液晶をダイナミック配向膜として利用して、横電界方式で駆動されることによって視野角が優れて、一般的な横電界型の液晶表示装置の短所である開口率及び輝度低下がなく、効果的に前記ダイナミック配向膜内の液晶層がコントロールできる面駆動方式の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、電圧印加による急激な透過率の変化を、どの程度緩和させて、ガンマ電圧の設定に有利であるように、さらに、印加電圧の変化による急激な輝度変化を防ぐ表示品質の優れた液晶表示装置を提供することをまた他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明による面駆動液晶表示装置は、画素領域内に画素電極を含む第１基板と；前記第１基板と向かい合って形成されて、共通電極を含む第２基板と；前記画素電極上に形成された第１配向膜と；前記共通電極上に形成された第２配向膜と；前記第１配向膜上に形成されて、第１自発分極を有する第１強誘電性液晶層と；前記第２配向膜上に形成されて、第２自発分極を有する第２強誘電性液晶層と；前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層間に介されたツイストネマティック液晶層とを含み、前記第１自発分極と第２自発分極は、回転速度は異なるが、方向は、同様であることを特徴とする。
【００２７】
また、前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の厚さは、１０００Åないし３０００Åの間であって、また、ネマティック相(ＳｍＣ＊)である。さらに、前記第１配向膜及び第２配向膜は、ポリイミドＰＩを含む。
【００２８】
なお、前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層は、ＣＤＲ(continuous director rotation)モード系のハーフｆ Ｖ モード液晶で構成される。
【００２９】
前記第１基板に画素領域を定義するために、相互に交差するゲート配線及びデータ配線と；前記ゲート配線及びデータ配線の交差時点に形成されるスイッチング素子を含み、前記第２基板は、前記共通電極上にカラーフィルター層とを含む。
【００３０】
一方、面駆動液晶表示装置の製造方法として、第１基板上に画素電極を形成する段階と；第２基板上に共通電極を形成する段階と；前記画素電極上に第１配向膜を形成する段階と；前記共通電極上に第２配向膜を形成する段階と；前記第１配向膜上に等方性相の第１強誘電性液晶を塗布することによって、第１強誘電性液晶層を形成する段階と；前記第２配向膜上に等方性相の第２強誘電性液晶を塗布することによって、第２強誘電性液晶層を形成する段階と；第１自発分極を発現させるために、前記第１強誘電性液晶層を第１雰囲気に露出させる段階と；第２自発分極を発現させるために、前記第２強誘電性液晶層を第１雰囲気とは異なる第２雰囲気に露出させる段階と；第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層が相互に向かい合うように、前記第１基板及び第２基板を合着させる段階と；前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層間に、ツイストネマティック液晶層を介する段階とを含むことを特徴とする。
【００３１】
また、前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の厚さは、１０００Åないし３０００Åの間であって、前記第１配向膜及び第２配向膜は、ポリイミドＰＩを含む。
【００３２】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、前記第１配向膜より極性が低い第１気体を含み、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、前記第２配向膜より極性が高い第２気体を含む。また、前記第１気体は、空気であって、前記第２気体は、極性基の、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＯ2または、−Ｏ2を含む。
【００３３】
さらに、前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、前記第１配向膜より極性が高い第２気体を含み、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、前記第２配向膜より極性が低い第１気体を含む。また、前記第１気体は、空気であって、前記第２気体は、極性基の、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＯ2または、−Ｏ2を含む。
【００３４】
前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、＋電界であって、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、−電界である。
【００３５】
また、前記第１強誘電性液晶層が露出される第１雰囲気は、−電界であって、前記第２強誘電性液晶層が露出される第２雰囲気は、＋電界である。
【００３６】
前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層の塗布は、バーコーティング装置、スピンコーティング装置、スリットコーティング装置のうちの１つを利用して形成される。また、粘性をさらに低めるために、揮発性のソルベントをさらに添加して、コーティングする。
【００３７】
前記第１基板上に画素領域を定義するために、相互に交差するゲート配線及びデータ配線を形成する段階と；前記ゲート配線及びデータ配線の交差時点にスイッチング素子を形成する段階をさらに含み、前記第２基板の共通電極上に、前記画素領域に対応してカラーフィルター層を形成する段階とを含む。
【００３８】
前記第１自発分極及び第２自発分極は、等方性相の第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層が、ネマティック相(ＳｍＣ＊)の第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層に転移する時に発現されて、前記第１強誘電性液晶層及び第２強誘電性液晶層は、ＣＤＲ(continuous director rotation)モード系のハーフ Ｖ モード液晶で構成される。
【００３９】
以下、本発明の望ましい実施例により、詳しく説明する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明においては、アレイ基板とカラーフィルター基板各々に、回転方向は、同様であって、自発分極の強度または、回転速度は、異なるように、強誘電性液晶層を形成することによって、前記強誘電性液晶層間に介されるツイストネマティック液晶層内に、任意的な縺れが発生して、電圧印加による急激な透過率の増加を緩和することによって、ガンマ電圧の設定に有利であって、電圧の変化による輝度変化の不良を防ぐ。
【００４１】
また、強誘電性液晶層をダイナミック配向膜として、ツイストネマティック液晶層をコントロールすることにより、応答速度を向上させて、従来の横電界型の液晶表示装置に比べ、開口率及び透過率を向上させる。
【実施例】
【００４２】
強誘電性液晶の特性をより詳しく説明する。
一般的に、液晶は、温度により相転移をするが、強誘電性液晶は、温度が高温から低温に変わることによって等方性相であったものが、順にネマティック相Ｎ＊、スメクティック相ＳｍＣ＊に相転移して、最終的に結晶相になる。この時、温度によって強誘電性液晶の粘度も変わるが、等方性相の場合、粘度が大変低く、結晶相の場合が最も粘度が高い状態になる。従って、このような強誘電性液晶を基板上に形成させるためには、高い温度で加熱して粘度の低い等方性相の状態で形成する。
【００４３】
この時、液晶パネルを形成後に、常温で主に利用される相は、スメクティック相ＳｍＣ＊になり、ネマティック相Ｎ＊からスメクティックＳｍＣ＊に転移時、自発分極は発現される。
【００４４】
自発分極は、液晶のディレクターが電圧の印加時、一方向に動くようにする役割をして、１度の自発分極の方向性を有すると、前記方向性を維持し続けることが強誘電性液晶の特性である。
【００４５】
前述したような特性の強誘電性液晶をダイナミック配向膜として有して、効果的に前記ダイナミック配向膜間に位置するツイストネマティック液晶がコントロールできる面駆動液晶表示装置を説明する。
【００４６】
図５Ａないし図５Ｃと図６Ａないし図６Ｃを参照して、面駆動液晶表示装置において、アレイ基板とカラーフィルター基板上に、ツイストネマティック液晶層のダイナミック配向膜としての役割をする強誘電性液晶を形成する過程を説明する。
【００４７】
図５Ａに示したように、スイッチング素子の薄膜トランジスタＴｒ及び画素電極２２０が形成された液晶表示装置用アレイ基板２１０上に、高分子物質のポリイミドＰＩを塗布して、全面に強誘電性液晶の配向のための第１配向膜２２２を形成する。
【００４８】
前記第１配向膜２２２が形成されたアレイ基板２１０上の前記第１配向膜２２２上に、高温で加熱して粘度を低めた状態、すなわち、等方性相状態の強誘電性液晶を１μｍ以下、望ましくは、１０００Åないし３０００Åの厚さに、薄くコーティングすることによって、等方性相の第１強誘電性液晶層２３０を形成する。この時、前記等方性相状態の強誘電性液晶の粘性をさらに低めるために、ソルベント等を添加することによって、スピンコーティング装置(図示せず)または、スリットコーティング装置(図示せず)等を利用してコーティングを容易にすることもできる。
【００４９】
図５Ｂに示したように、前記第１配向膜２２２上に、１０００Åないし３０００Åの薄い厚さで形成された等方性の強誘電性液晶層(図７Ａの２３０)を、徐々に温度を低くすることによって、ネマティック相Ｎ＊の液晶層２３１に相転移させる。
【００５０】
図５Ｃに示したように、ネマティック相Ｎ＊の強誘電性液晶層(図５Ｂの２３１)を備えたアレイ基板２１０において、さらに温度を低くすることによって、ネマティックＮ＊相の強誘電性液晶層(図５Ｂの２３１)がスメクティック相ＳｍＣの強誘電性液晶層２３３になるように相転移をさせると同時に、前記スメクティック相ＳｍＣに転移時、適正の強度を有する＋電界または、−電界を加えたり、または、極性性質の前記ポリイミドＰＩの第１配向膜２２２に比べて、極性の低い非極性媒質である、空気中に露出させた状態で温度を徐々に低くすることによって、すなわち、ネマティック相Ｎ＊の液晶層(図５Ｂの２３１)が非極性媒質である空気に比べて、相対的に、極性媒質のポリイミドＰＩの第１配向膜２２２と接触すると同時に、空気中に露出されるようにして、前記第１配向膜２２２の方に回転方向を有する自発分極Ｐｓ１を形成する。
【００５１】
前記自活分極Ｐｓ１の発現をさらに説明すると、空気は、非極性媒質であって、このような空気に比べて、配向膜であるポリイミドＰＩは、極性の媒質であるために、強誘電性液晶がネマティック相Ｎ＊からスメクティック相ＳｍＣ＊に相転移時、自発分極Ｐｓ１は、極性媒質が位置した方に方向性を有して発現される。また、このような自発分極Ｐｓ１は、電子の密集度が高くて極性の成分が強くなるので、自発分極Ｐｓ１が発現された液晶分子等は、一方向に自ら整列する。
【００５２】
さらに、このように第１配向膜２２２の方へと方向性を有して発現された自発分極Ｐｓ１により強誘電性液晶ディレクター２３５は、印加される電界に対して＋電界または、−電界に対して一貫に、前記方向性を維持し続けて回転したり、または、固定される。
【００５３】
前述したように、強誘電性液晶は、自発分極の回転の方向性があって、液晶ディレクターの回転は、電界の極性によって選択され発現する自発分極の特性と一致すると、前記自発分極の方向に回転して、電界の極性が自発分極の特性と異なると、回転しないで固定された状態を維持することを特徴とする。
【００５４】
カラーフィルター基板上に、強誘電性液晶層を形成する方法を説明する。
図６Ａに示したように、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂのカラーフィルター２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃ及び共通電極２７３が形成された液晶表示装置用カラーフィルター基板２７０において、前記共通電極２７３上にポリイミドＰＩを塗布して、全面に強誘電性液晶の配向のための第２配向膜２７５を形成する。
【００５５】
前記第２配向膜２７５が形成されたカラーフィルター基板２７０の前記第２配向膜２７５上に、高温で加熱して粘性が低くなった等方性相状態の強誘電性液晶を、望ましくは、１０００Åないし３０００Åの厚さに、薄くコーティングすることによって、等方性相の強誘電性液晶層２７７を形成する。この時、前記等方性相状態の強誘電性液晶の粘性をさらに低くするために、前記強誘電性液晶内のソルベント等を添加することによって、スピンコーティング装置(図示せず)、スリットコーティング装置(図示せず)、バーコーティング装置(図示せず)等を利用してコーティングを容易にすることもできる。
【００５６】
図６Ｂに示したように、前記第２配向膜２７５上に、１０００Åないし３０００Åの薄い厚さで形成された等方性相の強誘電性液晶層(図８Ａの２７７)を、徐々に温度を低くすることによって、ネマティック相Ｎ＊の液晶層２７８に相転移させる。
【００５７】
図６Ｃに示したように、ネマティック相Ｎ＊の強誘電性液晶層２7８が形成されたカラーフィルター基板２７０において、さらに温度を低くすることによって、ネマティック相Ｎ＊の強誘電性液晶層(図６Ｂの２７８)がスメクティック相ＳｍＣの強誘電性液晶層２８０になるように相転移をさせると同時に、前記スメクティック相ＳｍＣに転移時、液晶層２８０の上部から電界を加えたり、または、前記ポリイミドＰＩの第２配向膜２７５より強い極性の雰囲気に露出させる。例えば、アレイ基板(図５Ｃの２１０)上に形成した第１強誘電性液晶層２３３の形成時でのように、非極性媒質である、空気中に前記強誘電性液晶層を露出させるのではなく、前記ポリイミドＰＩの第２配向膜より強い極性性質のＯ2の雰囲気で温度を低くして、強誘電性液晶をネマティック相Ｎ＊からスメクティック相ＳｍＣに相転移させる。
【００５８】
このように、カラーフィルター基板２７０上に形成された第２配向膜２７５よりさらに強い極性のＯ2雰囲気で、前記ネマティック相Ｎ＊からスメクティック相ＳｍＣに相転移する強誘電性液晶を露出させると、自発分極Ｐｓ２の発現時、前記自発分極Ｐｓ２の回転の方向が、強い極性物質の方に一貫に形成される。従って、このような場合、自発分極Ｐｓ１の回転方向が前記第１配向膜(図５Ｃの２２２)の方に形成されたアレイ基板(図５Ｃの２１０)とは異なる自発分極Ｐｓ２の方向が第２配向膜２７５の方ではなく、Ｏ2と接触する方向に形成される。
【００５９】
前述した方法のように各々製作された、すなわち、自発分極(図５ＣのＰｓ１、図６ＣのＰｓ２)の回転方向が異なるアレイ基板(図５Ｃの２１０)とカラーフィルター基板(図６Ｃの２７０)において、前記両基板の第１強誘電性液晶層と第２強誘電性液晶層間に、ツイストネマティック液晶を介させた後、前記両基板のうちの１つの基板の枠に形成されたシーラントをパターニングして合着するこによって、面駆動液晶表示装置を完成することができる。
【００６０】
ここで、印加電圧と透過率との関係は、液晶表示装置の理想的なＶ‐Ｔ曲線を示したグラフである、図７を参照して説明する。
【００６１】
グレースケールとは、人間の視覚が感じる光の量を段階的に区分したものであって、液晶表示装置では、液晶が光を通過させる程度を任意的に調節することによって画像を表示して、このような調節の手段として電圧を使用するが、一般的に、液晶の光に対する透過率は、液晶の両端に印加された電圧の大きさ、すなわち、液晶を通過する電界の強度によって一定な関係で変化する。従って、このような液晶の両端間の電圧と透過率間には連関があって、このような連関関係をグラフで示したものがＶ-Ｔ曲線グラフであって、このような液晶の特性をＶ-Ｔ特性と称する。
【００６２】
電圧印加による透過率曲線で、２部分に区分して考えることができるが、最初、電圧を印加し始めた時と、大変大きい電圧を印加した時は、電圧が変化しても透過率の変化がほとんどないことに比べ、中間の部分では、印加電圧に対してほとんど比例的に透過率が変わる。
【００６３】
従って、中間の明るさの階調を表示するためには、中間の線形的な区間を主に利用する。この場合、細密な画像を表示するためには、中間部分の階調を細かく区分する。
【００６４】
実際の画像を具現することにおいて、印加電圧に対して透過率がほとんど、線形的に変化する区間をいくつかの段階に区分して階調を表示するが、通常的に、透過率を一定な間隔に区分して、これに対応する電圧を印加することによって、中間階調の表示しており、このような線形的な区間が、急激すぎる傾きを有すると、中間階調の表示のための電圧の差があまりにも小さくて、コントロールし辛くなる。従って、透過率曲線の線形的な区間では、緩慢な傾きを有することが望ましい。
【００６５】
本発明の実施例では、印加電圧の大きさの変化による平均液晶の透過軸の変化を緩慢に調節することによって、印加電圧による透過率曲線において、中間階調を示す領域が緩慢なカーブを有する面駆動液晶表示装置を提供する。
【００６６】
図８は、本発明の実施例による面内駆動方式の液晶表示装置の１つの画素の断面図である。
【００６７】
図５Ａないし図５Ｃと図６Ａないし図６Ｃによって説明したように、自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２の回転方向が、相互に反対に形成されたアレイ基板４１０とカラーフィルター基板４７０を、第１強誘電性液晶層４３３と第２強誘電性液晶層４８０が相互に向かい合うようにして、前記第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０間に、ツイストネマティック液晶を介して、ツイストネマティック液晶層４４０を形成し、液晶パネルを完成することによって、結果的には、アレイ基板４１０を基準に、自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２の方向が同様に、前記アレイ基板４１０内の前記第１強誘電性液晶層４３３の下部に備えた第１配向膜４２２の方を向いて形成されることによって、印加される電界により同様な方向に、前記第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０内の液晶ディレクター４３５、４８２が回転する。
【００６８】
この時、本発明の実施例による面駆動液晶表示装置４００は、前記第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０内の発現された自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２の回転速度を同様ではないようにすることを特徴とする。
【００６９】
すなわち、前記第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０を構成する液晶の物性が異なる、例えば、自発分極の強度は自由に調節されて、その他の物性は、同様さを維持することを特徴とするＣＤＲ(continuous director rotation)モード系のハーフ Ｖ モード液晶を利用することによって、自発分極の強度が異なる第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０を各々形成することができる。この時、電界に対する強誘電性液晶のダイナミックな回転力(回転速度)は、自発分極の強度により異なることが一般的であるので、このような自発分極の強度をアレイ基板４１０側とカラーフィルター基板４７０側とに区分して構成することによって、電圧印加による第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０内の液晶ディレクター４３５、４８２の回転速度を異なるようにして、このような第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０内の各々の液晶ディレクター４３５、４８２の回転速度を異なるようにすることによって、前記第１強誘電性液晶層４３３及び第２強誘電性液晶層４８０間に介されたツイストネマティック液晶の回転速度を調節して、電圧印加による透過率の増加を緩慢にして、すなわち、Ｖ-Ｔ曲線の傾きを緩慢にすることによって、ガンマ電圧の設定に容易であって、印加電圧の変化時の急激な輝度の変化を防げる。
【００７０】
この時、前記ＣＤＲ(Continnuous Director Rotation)モード系のハーフ Ｖ モード液晶において、相互に異なる自発分極の強度を有するようにする方法としては、前記ＣＤＲモード系のＨａｌｆ Ｖ モード液晶がネマティック相Ｎ＊からスメクティック相ＳｍＣに相変移時、前記強誘電性液晶層の上下部の雰囲気を、極性の強度が異なる極性物質として、雰囲気を形成することによって、相互に異なる自発分極の強度を有するように形成する。ここで、極性とは、分子のうち、酸素Ｏ2、硫黄Ｓ、ハロゲン(halogen)原子のように電子を引っ張る原子において、分子自体の電気的対称状態が崩れる場合を称することであって、代表的な極性基には、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−ＮＯ2等であって、このような極性基を含む物質(気体)は、その極性値を異にして、このように極性の強度が異なる物質(気体)の雰囲気に露出させることによって、自発分極の強度、すなわち、自発分極の回転速度が異なる強誘電性液晶層を形成することができる。
【００７１】
また、自発分極の強度及びこれに影響を受ける自発分極の回転速度が異なる強誘電性液晶層を異なるように形成する、また他の方法としては、強誘電性液晶層がネマティック相Ｎ＊からスメクティック相ＳｍＣに相転移時、電界印加の方法により自発分極を回転方向を決定することにおいて、印加する電界の強度を異にする。この方法の場合、液晶ディレクターの自発分極の強度以外の回転角度に影響を与えたりするが、前述したようなＣＤＲモード系のＨａｌｆ Ｖ モード液晶を使用する場合、前記ＣＤＲモード系のハーフ Ｖ モード液晶の特性上、自発分極の強度だけが外部の雰囲気により自由に調節されて、それ以外の物性値は、ほとんどの変化がないので、前述した自発分極の発現時、印加する電圧の強度が異なる場合でも、問題にはならない。
【００７２】
図８を参照して説明した本発明の実施例による面駆動液晶表示装置は、アレイ基板上の第１強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの自発分極の大きさまたは、回転速度を、カラーフィルター基板の下部の第２強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの自発分極の大きさまたは、回転速度より大きくまたは、速くしたものを例えとして説明しており、反対の状況、すなわち、カラーフィルター基板の下部の第２強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの自発分極の大きさまたは、回転速度を、アレイ基板上の第１強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの自発分極の大きさまたは、回転速度より大きくまたは、速く形成しても、同様な効果を得ることができる。
【００７３】
図９は、本発明の実施例による面駆動液晶表示装置において、画素電極と共通電極間に印加された電圧による第１強誘電性液晶層、第２強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの動き及び前記第１強誘電性液晶層、第２強誘電性液晶層内のツイストネマティック液晶層内の液晶分子の動きを順序的に示した図であって、図１０は、本発明の実施例による面駆動液晶表示装置において、電圧印加によるカラーフィルター基板の上部から見たツイストネマティック液晶層内の液晶分子の動きを示した図面である。
【００７４】
図示したように、前記アレイ基板４１０とカラーフィルター基板４７０の共通電極(図示せず)と画素電極(図示せず)間に電圧が印加されると、自発分極の発現時、強い電界の強度または、さらに極性物質の雰囲気に露出されることによって、大きい自発分極の強度、より明らかには、自発分極の回転速度が速い第１強誘電性液晶層４３３内の液晶ディレクター４３５が素早く所定の角度に回転して、前記第１強誘電性液晶層４３３より弱い電界または、弱い極性物質の雰囲気で発現された自発分極を有する第２強誘電性液晶層４８０内の液晶ディレクター４８２が、前記第１強誘電性液晶層４３３内の液晶ディレクター４３５が回転した方向及び回転した角度と同様な位置に、前記第１強誘電性液晶層４３３内の液晶ディレクター４３５の回転速度より遅く回転して位置されて、従って、前記第１強誘電性液晶層４３３、第２強誘電性液晶層４８０間に介されたツイストネマティック液晶層４９０内の液晶分子４９１ａ、４９１ｂが、前記第１強誘電性液晶層４３３、第２強誘電性液晶層４８０内の液晶ディレクター４３５、４８０が回転した方向に回転する。この時、前記第１強誘電性液晶層４３３に近接した領域のツイストネマティック液晶層４９０内の液晶分子４９１ａは、最も速い速度で回転した第１強誘電性液晶層４３３内の液晶ディレクター４３５により前記第２強誘電性液晶層４８０に近接した領域のツイストネマティック液晶層４９０内の液晶分子４９１ｂよりは、先に回転して、以後、順序的に第２強誘電性液晶層４８０に近接した領域のツイストネマティック液晶層４９０内の液晶分子４９１ｂも回転する。このように、ツイストネマティック液晶層４９０内で、先に回転する液晶分子４９１ａと、後で回転する液晶分子４９１ｂが発生することによって、ツイストネマティック液晶層４９０内で、液晶分子の縺れが発生するので、電圧によるツイストネマティック液晶の平均光軸(図１０の４９９)の変化は、急激に行われない。
【００７５】
このような第１強誘電性液晶層４３３、第２強誘電性液晶層４８０及びツイストネマティック液晶層４９０内の液晶ディレクター４３５、４８２及び液晶分子４９１ａ、４９１ｂの順序的な動き、すなわち、縺れの発生により電圧印加による透過率曲線が、図１１に示したように、その傾きが緩慢になる。
【００７６】
従って、透過率曲線の線形区間において、中間階調の表示のために、前記透過率を等間隔に細分した場合、前記比較例５２０による透過率を等間隔に区分する場合の段階別の同様な透過率を示す印加電圧の間隔ｇ１より、本発明の実施例５５０による場合の印加電圧の間隔ｇ２が、より広く維持することによって、ガンマ電圧の設定に有利である。
【００７７】
また、本発明の実施例による面駆動液晶表示装置の透過率曲線においての細分化された電圧間の間隔ｇ２が、比較例の電圧間の間隔ｇ１より、さらに広く形成されることによって、印加電圧の変化による輝度の急激な変化が低下される。
【００７８】
さらに、投下率による細分化された電圧間の間隔が狭いと、その程度の誤差発生率が大きくなり、よって、輝度不良の可能性が高くなるが、本発明の実施例でのように、透過率による細分化された電圧間の間隔が比較的に広く形成されることによって、誤差の限度を広めて不良発生率を縮め、最終的に輝度変化の不良を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】一般的な横電界型の液晶表示装置の一部分の断面を示した断面図である。
【図２Ａ】一般的な横電界型の液晶表示装置のオン状態の動作を示した断面図である。
【図２Ｂ】一般的な横電界型の液晶表示装置のオフ状態の動作を示した断面図である。
【図３】一般的な横電界型の液晶表示装置の一部の平面図である。
【図４】一般的な強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置の概略的な断面図である。
【図５Ａ】面駆動液晶表示装置用アレイ基板上に、強誘電性液晶層を形成する過程を示した製造工程の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く製造工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続く製造工程を示す断面図である。
【図６Ａ】面駆動液晶表示装置用カラーフィルター基板上に、強誘電性液晶層を形成する過程を示した製造工程の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続く製造工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに続く製造工程を示す断面図である。
【図７】印加電圧と透過率との関係に対して、液晶表示装置の理想的なＶ-Ｔ曲線を示したグラフである。
【図８】本発明の実施例による面内駆動方式の液晶表示装置の１つの画素の断面図である。
【図９】本発明の実施例による面駆動液晶表示装置において、画素電極と共通電極間に印加された電圧による第１強誘電性液晶層、第２強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの動き及び前記第１強誘電性液晶層、第２強誘電性液晶層内のツイストネマティック液晶層内の液晶分子の動きを順序的に示した図である。
【図１０】本発明の実施例による面駆動液晶表示装置において、電圧印加によるカラーフィルター基板の上部から見たツイストネマティック液晶層内の液晶分子の動きを示した図である。
【図１１】比較例と本発明の実施例において、電圧印加による透過率を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
４１０：アレイ基板              
４２０：画素電極
４２２：第１配向膜              
４３３：第１強誘電性液晶層
４３５、４８２：液晶ディレクター
４７０：カラーフィルター基板
４７１：カラーフィルター層
４７２：ブラックマトリックス
４７３：共通電極                
４７５：第２配向膜
４８０：第２強誘電性液晶層
Ｐｓ１、Ｐｓ２：自発分極(方向及び大きさ表示)
Ｔｒ：スイッチング素子
【図１】
2006189770.tif 000003
【図２Ａ】
2006189770.tif 000004
【図２Ｂ】
2006189770.tif 000005
【図３】
2006189770.tif 000006
【図４】
2006189770.tif 000007
【図５Ａ】
2006189770.tif 000008
【図５Ｂ】
2006189770.tif 000009
【図５Ｃ】
2006189770.tif 000010
【図６Ａ】
2006189770.tif 000011
【図６Ｂ】
2006189770.tif 000012
【図６Ｃ】
2006189770.tif 000013
【図７】
2006189770.tif 000014
【図８】
2006189770.tif 000015
【図９】
2006189770.tif 000016
【図１０】
2006189770.tif 000017
【図１１】
2006189770.tif 000018